基巖山區(qū)水源地開發(fā)利用研究

陳寶中

（原平市大牛店鎮(zhèn)水利水保工作站，山西 原平 034100）

1 基巖山區(qū)水資源開發(fā)利用環(huán)境

基巖山區(qū)村莊人畜吃水矛盾一般都比較突出，原因在于儲水條件差，第四紀覆蓋層規(guī)模小，含水層薄，不穩(wěn)定，針對孔隙水的成井利用程度較低。隨著農村經(jīng)濟的快速發(fā)展，廣大農村需水量隨之加大。這些地區(qū)水資源短缺嚴重制約著地方經(jīng)濟的發(fā)展，供需矛盾十分突出。而傳統(tǒng)的找水方法主要集中在具有常年穩(wěn)定徑流的泉水引用上，以及尋找具有基巖裂隙的線型構造、斷層破碎帶鑿井取水。事實上，穩(wěn)定流量（不斷流）的泉水并不多見，基巖裂隙尋找困難，鑿井費用高，加上運行費用，吃水成本很高，村民難以承受。因此，解決基巖山區(qū)的安全飲水問題，尋找和開辟新的水源地，成為各級政府和水利工作者當前亟需解決的重要問題。

2 研究范圍及實用價值

本次研究選取云中山下10個村莊匯水面積1km2以上（利用價值較好）、海拔1000m以上的相鄰的12條小流域基巖山溝，通過分類比較和工程實踐，認為具有較為滿意的實用效果。其研究價值在于對有限的水資源充分利用、優(yōu)化配置。特點是與其他水源地不爭水，只是將單元內部的地表滲流轉化為地下潛流，通過截流匯引達到取水目的。在開發(fā)措施上，遵循因地制宜、因陋就簡、就地取材的原則。工程措施投資低耗，技術簡單，便于掌握，運行管理方便，吃水成本低廉，可為同類地區(qū)找水、用水提供參考，研究區(qū)基本情況見表1。

3 小流域單元的一般特點

3.1 地貌特點

基巖山區(qū)山脈縱橫，溝道蜿蜒，形成大小不等、形狀各異的小流域單元，一般由一條和幾條分支組成，它不僅是一個徑流泥沙的匯集單元，而且是大氣降水補給、排泄、徑流相一致的水文單元，并具有明顯的分帶性。上部（溝掌）山勢陡峭，植被茂盛，樹冠高大，溝中荊棘遍布，山泉涓涓，漂石塊塊。溝底受侵蝕，兩側有坡積裙帶；中部溝道相對開闊，沉積物出現(xiàn)，沙礫混雜、磨圓分選差，溝邊可見不同程度的小型1~2級階地，植被以灌叢為主；下部接近山溝出口處，沉積物逐漸增厚，植被覆蓋率降低，溝中坡度變緩，坡降在5%左右。居民點常座落在流域溝道下方的溝口或溝外，落差較大，為截水自流、引水入網(wǎng)創(chuàng)造了條件。

表1 研究區(qū)基本情況

3.2 水文特點

根據(jù)區(qū)域水循環(huán)特點，單元內大氣降水在地表、林草地、枯枝落葉層、坡洪積土壤、地下調蓄的同時接受地表蒸發(fā)。被截留的水源在重力作用下，下滲到隔水底板（以基底為多見）后緩慢釋放、排泄，形成地表（谷底）滲流或小泉。在地表浸潤短途徑流的同時，再度蒸發(fā)回歸大氣。部分水量進入溝道覆蓋層又形成地下小潛流，接受潛水蒸發(fā)，但蒸發(fā)強度顯著降低。除蓄滿產流的大到暴雨外，一般雨強在20mm/d以內的大氣降水真正形成徑流從單元出口處排泄的水量微乎其微，而是被地表保持，緩慢釋放，逐漸蒸發(fā)，二者幾乎達到平衡，因此單元內大氣降水以垂直交替循環(huán)為主。在匯水面積大于5km2的溝道中，泉水徑流量將保持在0.005m3/s以上，一般干旱年不會斷流，但其流量的大小與大氣降水關系尤為密切。

另外，單元內斷層構造帶、采煤漏水區(qū)、喀斯特地貌并不遵循以上規(guī)律，而向斜、復背斜構造基巖山溝最為理想。

4 單元內部給水量的影響因素

第一，與匯水面積的大小有關。集雨面積大小決定了來水補給量的多少。第二，與溝道的單線長度有關。溝岔分支多，溝道短的小流域排泄路程短，水量損失快。第三，與植被覆蓋率有關。林灌草地持水性、容水性強，可調節(jié)地表徑流，涵養(yǎng)水源。第四，與溝谷的坡度有關。坡度大的溝道，水資源在重力作用下排泄速度快。第五，與溝底沉積物的面積、厚度有關。沉積物大多為坡洪積沙礫石層，透水、涵水性能好，可將大氣降水轉化為地下潛流，含蓄大量水分。第六，與溝道的走向有關。坐北向南、南北走向的山溝日照時間長，蒸發(fā)量大，植被規(guī)模小，山體裸露面積大，給水量相對較少。

5 水源地開發(fā)辦法

在具有一定匯水面積（1km2以上）的小流域單元內選擇溝底坡洪積覆蓋帶或溝谷、坡地中小泉、小水、地表浸潤帶，采用多節(jié)小型截潛的辦法，促使水量疊加匯流、自流引用，使現(xiàn)有的水源潛力得到開發(fā)利用；在大氣降水地表調蓄能力較差的地段，建造多節(jié)小型干砌石谷坊攔蓄壩，增加沙礫石持水層覆蓋厚度，并輔以林草栽植，有效創(chuàng)造水源的持蓄環(huán)境，促使大氣降水滯后排泄，以利引用。

5.1 小型多節(jié)截潛

匯水面積較大、覆蓋厚度在3m以上、條件較為理想的溝道，只需一處（節(jié)）截流便可滿足村民的生活用水。如梨井村、孫家坪村、譚家窯村單節(jié)引水量均在15m3/h以上。條件一般的地區(qū)可根據(jù)實際給水量，從溝前開始分節(jié)向后推進，匯引水量直至達到設計用水量為止，但應考慮到干旱年。如沙峪村、西營村在覆蓋層厚度2.0m以下溝道只用了二節(jié)截潛，匯引水量都達到12m3/h以上，生活用水富余。

具體做法如下：截水點的選擇要根據(jù)地形、地貌選擇溝道較窄、工程量較小、覆蓋層較為穩(wěn)定、具有給水條件的地段，或垂直于小泉、小水出露點，地表浸潤帶的上部開挖隔水溝至基底隔水底板，而后修筑隔水墻、飲水井、安置引水管。也可根據(jù)實際情況確定，一般溝灘小節(jié)地隔水墻較長時，可用紅色黏土代替，寬度1.0m，深度至隔水底板，地表覆原土。溝床段隔水墻可選用漿砌石或混凝土，出地面高度不得高于溝灘地，以利排洪。底部基礎可適當向溝灘地延伸。漿砌隔水墻在迎水面用三道沙漿夾二道素灰共抹5遍進行截水防滲。引水井以圓柱形為宜，位于隔水墻上部，底部干砌石高度0.5m。外部周圍填充粗、中、細三道濾料。上部漿砌石至井口，井口加蓋并高出溝灘地，防止洪淤。引水管穿越隔水墻進入引水井，高出井底0.4~0.5m，管徑依出水量而定。最后按設計用水量確定節(jié)數(shù)，匯引至村邊調節(jié)水池，而后進入村網(wǎng)入戶。

5.2 干砌石、小谷坊攔蓄壩

在溝道給水條件差的地段要與溝道綜合治理相結合，營造大氣降水持水環(huán)境。即利用溝邊、溝道中漂石、塊石建造干砌小型谷坊攔蓄沙礫石，抬高溝床，創(chuàng)造蓄水條件，提高水源的調蓄涵養(yǎng)能力。

此類干砌石谷坊適用于溝床與基底直接接觸的侵蝕地帶，高度一般2m左右。分層砌筑時，每層中間填壓灌草、細枝、樹葉，可有效攔蓄泥沙。背水坡要選擇較大的石塊，其長軸方向應與水流方向一致。背坡比按1∶0.5~1∶1.0砌筑，一般3~5年淤平，輔以林灌草栽植，做到持水環(huán)境與小型截潛配套使用。

另外，要切實落實封山禁牧措施，使生態(tài)環(huán)境自然修復，并加強溝道治理力度，推進山地園林化建設步伐。這樣，不僅使山區(qū)給水能力不斷增強，水質越來越好，而且解決了山區(qū)人畜飲水問題，水資源供需矛盾自然得到化解。